고속 룰렛 사이트 표준 'MIPI'란?？모바일 테두리 돌출、자동차에도 적용 고속 룰렛 표준 'MIPI'란?？모바일 테두리 돌출、자동차에도 적용

2023.08.03
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　현재 전자기기에는、다양한 고속 룰렛 기술이 사용됨。USB 및 Thunderbolt、MIPI、HDMI、DisplayPort、직렬 ATA(SATA)、LVDS 등이 대표적인 곳일 것이다。

　이러한 고속 룰렛 기술 중 일부는、보급도는 높지만、일반 소비자 인지도가 상당히 낮은 것이 존재함。이것은 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)。MIPI는 2008년에 개발된 고속 룰렛 표준입니다。역사는 상대적으로 오래됨。그럼에도 불구하고、``USB 및 Thunderbolt、HDMI는 알고 있지만、MIPI는 모른다.'라는 일반 소비자가 압도적으로 많다。

　왜?。그것、MIPI는 휴대전화 및 스마트폰과 같은 모바일 기기 내부에서、카메라와 SoC 사이 또는 SoC와 디스플레이 사이를 연결하는 이미지 신호용 룰렛로 사용되기 때문。즉、일반 소비자가 직접 접촉할 수 있는 기기 외부로 출력되지 않음。그러니까 알 수 없는 것。

　그 MIPI가、모바일 애플리케이션 이외의 시장에서도 급속한 보급과 확대를 보이고 있습니다。지금까지 스마트폰이 장착된 카메라의 고해상도 요구에 부응한 MIPI는、고해상도 대응 센서의 종류도 풍부하다。근년、모바일 애플리케이션 이외의 임베디드 카메라 시스템에서도 고해상도 요구가 증가함에 따라、MIPI 검토가 증가하고 있습니다。
　이번에는 그 사양과 특성을 파악하기 위해、MIPI에 대해 살펴보자。

모바일 전문 표준으로 시작

MIPI는、LVDS 등에서 채용되고 있는 저전압 진폭의 차동 전송 기술을 사용함으로써 높은 데이터 전송 속도를 실현하고 있다。그러나、주의해야 할 사항이 있음。그것、데이터 전송 속도와 전송 방식을 정하는 물리 계층(PHY) 규격이 하나가 아닌 것。사실、MIPI와 한마디로 말하더라도、물리 계층 표준이 여러 개 존재함。

　2008년에 책정된 최초의 물리(PHY)층 규격은 「D-PHY ver1.0'이고、최대 데이터 전송 속도는 레인당 초당 1Gbit(표 1)。D-PHY ver1.0은、대상 애플리케이션의 모바일 기기에 최적화된 표준。최적화 포인트는 2개。하나는 단순함。다른 하나는 저전력입니다。
표 1 MIPI의 물리 계층 표준
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　첫 번째 단순성에 대해서는、데이터 신호와 클럭 신호를 별도의 신호 라인으로 전송하는 클럭별 전송 방식의 채용으로 실현되었다。클럭별 전송 방식은 전송 거리가 길어지면、신호 라인 길이의 차이와 특성의 차이로 인해 스큐가 발생합니다、데이터 신호와 클럭 신호가 수신기(수신) IC에 도착하는 타이밍이 어긋나는 문제가 있습니다。최악의 경우、전송 오류가 발생합니다。그러나、모바일 기기 내부의 신호 전송이면、별로 긴 거리를 보낼 필요 없음。실제로、D-PHY ver1.0으로 전송할 수 있는 거리는 수십 cm 정도이다。전송 거리보다 단순성 우선순위、클럭별 전송 방식의 채용을 결정했다고 할 수 있다。

　두 번째 저전력은、차동 신호의 전압 진폭 ±200mV로 억제함으로써 실현됨。LVDS는 ±350mV이기 때문에、전압 진폭을 4/7로 줄인 계산。그만큼만、전력 소모。물론、전압 진폭을 줄이면、데이터 신호를 전송할 수 있는 거리가 짧아짐。그러나 앞에서 설명한 것처럼、MIPI는 모바일 기기 내부의 신호 전송용입니다、데이터를 장거리 전송할 필요 없음。그만큼 소비 전력을 줄이는 것。

룰렛 용도를 위한 물리층 표준이 등장

　앞에서 설명한 것처럼、MIPI 표준에는 여러 물리 계층 표준이 있습니다。예:、D-PHY ver1.0은 현재、``D-PHY ver3.0'으로 업그레이드되었습니다。D-PHY ver3.0은、D-PHY ver1.0과 마찬가지로 차동 전송의 신호 진폭과 클록 별 전송 방식을 채용하고 있지만、디엠퍼시스 기술과 이퀄라이저 기술을 추가하여 최대 데이터 전송 속도를 레인당 9Gbit/sec로 향상。

이 외、전송 방식을 클럭별 전송 방식에서 클럭 임베디드(클럭 임베디드) 방식으로 변경한 'C-PHY'와 'M-PHY'라는 두 가지 규격이 있다。C-PHY는、스마트폰 외、감시 카메라, 무인 항공기 등을 위한 물리 계층 표준。최대 특징은、클럭 임베디드 방식 외에 3치 전송 방식을 채용함으로써 최대 데이터 전송 속도를 레인당 6Gbit/sec로 높인 점에 있다。

　M-PHY는、모바일 기기 내 프로세서간 통신(IPC: Inter Processor Communication)을 위한 물리층 규격이다。이퀄라이저 기술, 8B10B 변조 기술 등을 적용하여、C-PHY와 마찬가지로 최대 데이터 전송 속도를 레인당 6Gbit/sec로 증가。

　D-PHY ver3.0 및 C-PHY、M-PHY 모두、MIPI의 타겟 용도인 모바일 기기용。새로운 전송 기술을 채택하여 최대 데이터 전송 속도를 높여、모바일 기기용의 범위 내에서 새로운 사용법에 대응한 규격이라고 할 수 있을 것이다。

　그런데 2020년 9월에、이런 흐름을 크게 벗어난 표준이 수립되었습니다。룰렛 애플리케이션을 위한 물리층 표준 'A-PHY'。이것은 룰렛 내부의 카메라와 디스플레이 사이의 데이터 전송 애플리케이션을 위한 것。"기기 내부의 고속 데이터 전송 표준"이라는 범주이지만、'모바일 기기'라는 범위는 크게 튀어나온 모습이다。

　용도가 모바일 기기에서 룰렛로 바뀌면、당연히 요구되는 전송 거리는 크게 늘어난다。그곳에서 A-PHY에서는、클록 임베디드 방식 외에、디엠퍼시스 기술 및 이퀄라이저 기술、8B10B 변조 기술을 채택하여、전송 거리를 최대 15m로 연장。레인당 데이터 전송 속도는 최대 2Gbit/sec。향후、최장 15m 전송 거리는 그대로、최대 데이터 전송 속도를 레인당 최대 6Gbit/sec로 높일 예정。

V-by-One HS로 문제 해결

　따라서 MIPI의 물리 계층 표준은 현재、초기 D-PHY ver1.0부터 큰 진화를 이루고 있습니다。그러나 현재에도、초기 단계 D-PHY를 채용한 애플리케이션이 적지 않음。

　D-PHY의 최대 데이터 전송 속도는、ver1.0이면 1.0Gbit/s、ver1.1이면 1.5Gbit/sec、일반적인 용도라면 충분히 높은 데이터 전송 속도일 것입니다。그러나、수십 cm의 전송 거리는、용도에 따라 길이가 충분하지 않음。예:、MIPI D-PHY 출력 카메라 모듈(MIPI 카메라)을 사용하여 산업용 IoT 시스템을 구축하는 경우。과수원에서 작물을 감시한다면、카메라 모듈을 과수 선반에 부착、지상에 놓인 SoC 보드 사이에 케이블 연결。이 때、물리 계층 표준이 D-PHY인 MIPI에서는、전송 거리가 전혀 부족함。

　이 전송 거리 문제를 해결하는 방법 중 하나는、고속 룰렛 기술 'V-by-One HS'의 채용。V-by-One HS를 사용하는 방법은 다음과 같습니다。우선 카메라 모듈에 연결된 송신기(송신) IC에서、D-PHY에 해당하는 MIPI 신호를 V-by-One HS 신호로 변환。이후、이 신호를 이더넷 케이블 등으로 전송、멀리 떨어져 있는 SoC 보드에 연결된 수신기(수신) IC에서 V-by-One HS 신호를 MIPI 신호로 되돌리는 것(그림 1)。
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그림 1 V-by-OneHS IC 적용 예(드라이브 레코더)

　V-by-One HS는 MIPI와 마찬가지로、저전압 진폭 차동 전송 기술을 이용한 고속 룰렛 기술。그러나、MIPI와 달리 모바일 기기에 전문화되지 않았습니다、범용 고속 룰렛 기술。전압 진폭은 ±600mV、클록 임베디드 방식을 채택 중。또한 디엠퍼시스 기술과 이퀄라이저 기술을 채택했기 때문에、최대 데이터 전송 속도는 레인당 4Gbit/sec로 높음、전송 거리는 최장 약 15m로 길다。따라서、D-PHY에 대응하는 MIPI가 가지고 있는 전송 거리의 문제를 단번에 해결할 수 있다。

쉽게 사용할 수 있는 개발 키트 출시

현재、자인 일렉트로닉스는、MIPI 카메라 신호 전송 거리를 크게 늘릴 수 있는 MIPI 카메라 SerDes 스타터 키트 판매가 2023년 2월부터 시작됨。이 스타터 키트는、SerDes의 집합인 'THEVA24-RJ45-SET-V1'과、지정된 그래버보드 'THEVA-GRABBER-V1'、그리고 "대응 카메라 모듈"의 3개를 조합하여 사용한다(그림 2)。
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그림 2 스타터 키트 세트 내용과 그래버 보드

　「THEVA24-RJ45-SET-V1」에는、카메라측의 Tx보드、그래버 보드 측 Rx 보드、그리고 이더넷 케이블이 세트로 제공됩니다、Tx 및 Rx 보드의 경우、자인 일렉트로닉스의 MIPI 룰렛 변환 SerDes 칩셋인 THCV241A-P(트랜스미터 IC)、THCV242A-P(수신기 IC) 탑재。
　이 개발 키트에 대한 자세한 내용은여기을 참조하십시오.

MIPI 거리 연장용 IC를 복수 준비

현재、자인 일렉트로닉스에서는、D-PHY 표준에 따른 MIPI CSI-2 신호를 V-by-One HS 신호로 변환하여 전송하는 송신기 IC나、수신한 V-by-One HS 신호를 D-PHY 규격에 따른 MIPI CSI-2 신호로 변환하여 출력하는 수신기 IC를、7 제품 준비(표 2)。이하에서、각 IC를 소개하겠습니다。
표 2 V-by-One HS 및 MIPI를 지원하는 송신기/수신기 IC

　송신기 IC의 3 제품은、'THCV241A' 및 'THCV241A-P'、'THCV243'。THCV241A 및 THCV241A-P 모두、MIPI CSI-2 신호 입력은 4레인에서、V-by-One HS 신호의 출력은 2레인。V-by-One HS 신호의 최대 데이터 전송 속도는 4Gbit/s와 같지만、MIPI CSI-2 신호의 최대 데이터 전송 속도가 다릅니다。THCV241A 최대 1.2Gbit/s、THCV241A-P 최대 1.5Gbit/sec。패키지 모두、실장 면적이 5mm×5mm QFN40。
　THCV243은、실장 면적이 2.9mm×2.1mm와 작은 CSP35에 담은 것이 특징이다。이 때문에 소형 카메라에 적용하기。MIPI CSI-2 신호 입력은 최대 4레인、V-by-One HS 신호의 출력은 1레인이다。MIPI CSI-2 신호의 최대 데이터 전송 속도는 1.2Gbit/s、V-by-One HS 신호는 최대 4Gbit/sec。

　수신기 IC의 4개 제품은、'THCV242A' 및 'THCV242A-P'、'THCV244A'、''THCV244A-QP''。THCV242A 및 THCV242A-P 모두、V-by-One HS 신호 입력은 2레인에서、MIPI CSI-2 신호의 출력은 4레인이다。V-by-One HS 신호의 최대 데이터 전송 속도는 4Gbit/s와 같지만、MIPI CSI-2 신호의 최대 데이터 전송 속도가 다릅니다。THCV242A 최대 1.2Gbit/s、THCV242A-P 최대 1.5Gbit/sec。
　THCV244A와 THCV244A-QP는、V-by-One HS신호 입력을 4레인 갖추고 있는 것이 특징이다。이 때문에、룰렛 서라운드 뷰 등과 같이 여러 카메라로 촬영하는 용도에 적합。여기도 V-by-One HS 신호의 최대 데이터 전송 속도는 4Gbit/s와 같지만、MIPI CSI-2 신호의 최대 데이터 전송 속도는、THCV244A 1.2Gbit/s、THCV244A-QP 1.초당 49Gbit。
　패키지는 4 제품 모두、실장 면적이 9mm×9mm QFN64。

이상